CN102588359A - 液压系统、挖掘机及液压系统的控制方法 - Google Patents

液压系统、挖掘机及液压系统的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及液压系统、采用该种液压系统的挖掘机及液压系统的控制方法。其中液压系统包括油箱、液压缸、液控换向阀、控制装置、控制油源提供装置及压力感测装置。液控换向阀的第一工作油口、第二工作油口及回油口分别连接液压缸的无杆腔、有杆腔以及油箱。压力感测装置感测液压缸的无杆腔内压力并将感测结果传送至控制装置，控制装置根据感测结果判断无杆腔内压力是否大于预设值，当无杆腔内压力大于预设值时，控制装置控制该控制油源提供装置提供控制油源以开启液控换向阀，使无杆腔内的部分油液对有杆腔进行补油。本发明实施例通过设置液控换向阀及压力感测装置而可智能判断何时利用液控换向阀来执行流量再生功能，可以有效地实现节能的目的。

Description

液压系统、挖掘机及液压系统的控制方法
技术领域
本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及液压系统、采用该种液压系统的挖掘机、以及液压系统的控制方法。
背景技术
对于工程机械例如挖掘机工作过程中，工作装置例如动臂和斗杆上下摆动频繁，由于挖掘机的工作装置重量重，在下放过程中，为了避免在重力作用下工作装置的加速下滑以及液压缸的有杆腔吸空，必须在主阀(一般为电液比例多路控制阀)阀芯上对回油通道进行节流，通过节流调速来实现工作装置的平稳下放。但这种方法使挖掘机的工作装置下降的势能绝大部分转化成了阀芯节流产生的热能。导致液压系统温度上升，从而要求设计更大的散热系统；并且在下放过程中，液压泵还必须不断的向液压缸的有杆腔供油，这些都造成了极大的能量浪费。
为了实现节能目的，现有技术主要为在中、小型挖掘机的电液比例多路控制阀的阀芯上实现流量再生功能，使得在动臂下放时液压缸的无杆腔的油液可以回流到有杆腔中。但对于大型挖掘机而言，其系统流量大，因此在其电液比例多路控制阀上实现流量再生功能很困难；而且，现有的中、小型挖掘机上的流量再生功能的实现过程较为复杂。另外，中、小型挖掘机的电液比例多路控制阀的阀芯上流量再生功能的使用也有一个问题，就是再生流量的多少很难控制，流量再生多，挖掘机动作可控性差，流量再生少，节能效果不明显。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供液压系统、采用该种液压系统的挖掘机、以及液压系统的控制方法，以实现流量再生功能并克服现有技术存在的技术缺陷。
本发明实施例中提出的一种液压系统，包括油箱及液压缸，该液压系统还包括液控换向阀、控制装置、控制油源提供装置以及压力感测装置，该液控换向阀的第一工作油口连接该液压缸的无杆腔，该液控换向阀的第二工作油口连接该液压缸的有杆腔，该液控换向阀的回油口连接该油箱，该压力感测装置感测该液压缸的无杆腔内压力并将感测结果传送至该控制装置，该控制装置根据感测结果判断该液压缸的无杆腔内压力是否大于预设值，当该液压缸的无杆腔内压力大于预设值时，该控制装置控制该控制油源提供装置提供控制油源以开启该液控换向阀，使该液控换向阀的第一工作油口与第二工作油口连通，该液压缸的无杆腔内的部分油液对该液压缸的有杆腔进行补油。
进一步地，该液控换向阀的回油口通过单向阀与油箱连接，该液控换向阀开启时，该液控换向阀的第一工作油口还与回油口连通，该液压缸的无杆腔内的另一部分油液通过该单向阀回流至油箱。
进一步地，该控制油源提供装置包括先导油泵、电液比例减压阀以及电磁换向阀，该电液比例减压阀和该电磁换向阀均与该控制装置电连接，该先导油泵提供控制油源，该控制油源的压力经该电液比例减压阀调整后通过该电磁换向阀输出以开启该液控换向阀。
进一步地，该控制装置包括电手柄以及控制器，该压力感测装置、该电液比例减压阀、该电磁换向阀以及该电手柄均电连接至该控制器；该控制器根据该电手柄输入的信号控制该电液比例减压阀对控制油源进行压力调整，借此控制该液控换向阀的节流孔开度大小。
进一步地，该压力感测装置为压力继电器。
进一步地，该压力感测装置为压力传感器。
进一步地，该控制装置包括液压先导手柄及控制器，该控制油源提供装置包括先导油泵以及电磁换向阀；该电磁换向阀及该压力感测装置均电连接该控制器，该液压先导手柄连接在该先导油泵与该电磁换向阀之间，该先导油泵提供的控制油源通过该液压先导手柄调整后通过该电磁换向阀输出以开启该液控换向阀。
进一步地，该液压系统还包括液压泵以及电液比例多路控制阀，该液压泵的入口和出口分别与该油箱和该电液比例多路控制阀的进油口连接，该液压缸的无杆腔、该液压缸的有杆腔以及该油箱分别与该电液比例多路控制阀的第一工作油口、第二工作油口及回油口连接；当该控制装置判断该液压缸的无杆腔内压力不大于该预设值时，液控换向阀不开启，该控制装置控制该液压泵改变排量并开启该电液比例多路控制阀以利用该液压泵的输出动力驱动该液压缸。
进一步地，该液控换向阀为二位三通阀，当该液控换向阀的液控口接受该控制油源的控制使该液控换向阀的阀芯换位而开启后，该第一工作油口经由该液控换向阀内的节流孔与该第二工作油口及该回油口均相连通。
本发明实施例中还提出的一种挖掘机，包括如上所述的液压系统。
本发明实施例中还提出的一种液压系统的控制方法，该液压系统包括油箱及液压缸，该液压系统的控制方法包括步骤：
提供液控换向阀，将该液控换向阀的第一工作油口连接该液压缸的无杆腔，将该液控换向阀的第二工作油口连接该液压缸的有杆腔，将该液控换向阀的回油口连接该油箱；
感测该液压缸的无杆腔内压力；以及
判断该液压缸的无杆腔内压力是否大于预设值，当该液压缸的无杆腔内压力大于预设值时，提供控制油源至该液控换向阀的液控口以开启该液控换向阀，使该液控换向阀的第一工作油口与第二工作油口连通，该液压缸的无杆腔内的部分油液对该液压缸的有杆腔进行补油。
进一步地，该液压系统还包括液压泵以及电液比例多路控制阀，该液压泵的入口和出口分别与该油箱和该电液比例多路控制阀的进油口连接，该液压缸的无杆腔、该液压缸的有杆腔以及该油箱分别与该电液比例多路控制阀的第一工作油口、第二工作油口及回油口连接；该液压系统的控制方法还可包括步骤：
当该液压缸的无杆腔内压力不大于该预设值时，液控换向阀不开启，改变该液压泵的排量并开启该电液比例多路控制阀以利用该液压泵的输出动力驱动该液压缸。
进一步地，该液压系统的控制方法还可包括步骤：提供控制油源提供装置，调节提供至该液控换向阀的控制油源的压力，进而控制该液控换向阀的节流孔开度大小及液压缸的无杆腔内的油液对液压缸的有杆腔内的补油量的多少。
本发明上述实施例可以达成以下优点：在液压缸活塞下行时，利用无杆腔内的部分油液对有杆腔进行补油，实现了流量的再生功能，提高了系统的能量利用率，较少了系统的发热。工作装置例如动臂、斗杆重力下放过程通过液控换向阀实现，其和传统的通过电液比例多路控制阀操作实现相比，不需要泵的流量，不消耗发动机功率；做复合动作时，如和铲斗复合，泵的输出流量可以全部供给铲斗液压缸，这样可以大大提高工作效率，减少燃油消耗，达到节能的效果。此外，和现有通过电液比例多路控制阀阀芯实现流量再生相比，本发明实施例通过在电液比例多路控制阀之外增设液控换向阀的方式实现流量再生，且液控换向阀的控制油源大小可控，更容易根据负载的情况控制再生流量的多少。另外，由于考虑到工程机械例如挖掘机的工作姿态和工况变化大，不是所有动臂、斗杆的下放过程势能都能利用，因此增加压力感测装置可以智能判断，不能利用则快速响应通过泵输出能量现实操作者的意图。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是相关于本发明较佳实施例的一种挖掘机的液压系统的主要架构示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的液压系统、挖掘机以及液压系统的控制方法其具体实施方式、方法、步骤及功效，详细说明如后。
有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例详细说明中将可清楚的呈现。通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。
请参照图1，本发明较佳实施例提出的工程机械例如挖掘机的液压系统100包括：电手柄101、控制器102、先导油泵103、电液比例减压阀104、电磁换向阀105、液控换向阀106、单向阀107、液压缸108、压力继电器109、油箱110、电液比例多路控制阀111、以及液压泵112。本实施例中，控制器102分别与电手柄101、电液比例减压阀104、电磁换向阀105、压力继电器109、电液比例多路控制阀111以及液压泵112的控制端电连接；电手柄101与控制器102共同构成控制装置，作为整个液压系统100的控制中心；先导油泵103、电液比例减压阀104与电磁换向阀105共同构成控制油源提供装置，以提供具有特定压力的控制油源。
具体地，电液比例减压阀104的进油口连接先导油泵103、出油口连接电磁换向阀105的其中一个工作口（第一工作口）、及泄油口连接油箱110。电磁换向阀105的另一个工作口（第二工作口）连接液控换向阀106的液控口K，且电磁换向阀105的泄油口连接油箱110。液控换向阀106例如为二位三通阀，其第一工作油口A连接液压缸108的无杆腔108a(也即下腔)、第二工作油口B连接液压缸108的有杆腔108b(也即上腔)、回油口T则通过单向阀107连接油箱110、及泄油口Y连接油箱110。压力继电器109连接在液压缸108的无杆腔108a与控制器102之间。液压泵112为一种排量可变的液压泵，其由马达驱动；液压泵112的入口连接油箱110，出口连接电液比例多路控制阀111的进油口；电液比例多路控制阀111的第一工作油口连接液压缸108的无杆腔108a、第二工作油口连接液压缸108的有杆腔108b以及回油口连接油箱110。
本发明较佳实施例提出的液压系统100的工作原理如下：
控制器102接收到电手柄101输入的工作装置例如挖掘机的动臂或者斗杆的下放信号时，压力继电器109实时感测液压缸108内无杆腔108a的压力状态，并将感测到的压力输出至控制器102，控制器102接收到压力感测器109提供的感测压力后会判断液压缸108的无杆腔108a内的压力是否大于预设值，如果液压缸108的无杆腔108a内的压力大于预设值(此时压力继电器109处于导通状态)，则表明可以实现重力下放。此时，控制器102输出信号控制电液比例减压阀104和电磁换向阀105动作，使得先导油泵103输出的控制油源，经过电液比例减压阀104调整至具有特定压力后经电磁换向阀105输出至液控换向阀106的液控口K以控制液控换向阀106的阀芯处于右位而开启。液控换向阀106开启后，液控换向阀106的第一工作油口A通过液控换向阀106内的节流孔与第二通油口B及回油口T均相连通，使液压缸108的无杆腔108a内的一部分油液可依序通过第一工作油口A、液控换向阀106内的节流孔以及第二工作油口B后对液压缸108的有杆腔108b进行补油，实现流量再生功能，另一部分油液可依序经过第一工作油口A、液控换向阀106内的节流孔以及回油口T后通过单向阀107回油箱110。此时，电液比例多路控制阀111处于中位而不开启，电液比例多路控制阀111的进油口与其第一工作油口及第二工作油口均不相通。
控制器102根据电手柄101输入的信号大小、以及压力继电器109的感测结果来控制电液比例减压阀104输出的控制油源的控制压力，不同控制压力的控制油源输出至液控换向阀106的液控口K后可控制液控换向阀106的节流孔具有不同开度大小，即控制了液压缸108的运动速度；同时可控制液压缸108的无杆腔108a内油液对有杆腔108b的油液补偿的多少，也即，再生流量的多少可控。
当控制器102根据感测结果判断液压缸108的无杆腔108a内的压力不大于预设值(此时压力继电器109处于截止状态)，表明工作装置遇到地面支撑，不能实现重力下放，此时电液比例减压阀104、电磁换向阀105及液控换向阀106均不动作，液控换向阀106的阀芯处于左位而不开启，液控换向阀106的第一工作油口A与第二通油口B及回油口T均不相连通。但此时，控制器102输出信号控制液压泵112开启或者加大排量，并控制电液比例多路控制阀111开启，用液压泵112的输出动力实现工作装置的目标动作，例如当电液比例多路控制阀111开启处于左位时，电液比例多路控制阀111的进油口与其第一工作油口相通，且电液比例多路控制阀111的回油口与其第二工作油口相通，如此，液压泵112提供至电液比例多路控制阀111的进油口的液压油可通过其第一工作油口送至液压缸108的无杆腔108a进行供油，同时液压缸108的有杆腔108b内的油液可经由电液比例多路控制阀111的第二工作油口及回油口回油箱110；当电液比例多路控制阀111开启处于右位时，电液比例多路控制阀111的进油口与其第二工作油口相通，且电液比例多路控制阀111的回油口与其第一工作油口相通，如此，液压泵112提供至电液比例多路控制阀111的进油口的液压油可通过其第二工作油口送至液压缸108的有杆腔108b进行供油，同时液压缸108的无杆腔108a内的油液可经由电液比例多路控制阀111的第一工作油口及回油口回油箱110。
本发明较佳实施例提出的液压系统100可以达成以下优点：
1. 液压缸的活塞下行时，利用无杆腔内的部分油液对有杆腔进行补油，实现了流量的再生功能，提高了系统的能量利用率，减少了系统的发热。
2. 由于本发明实施例的挖掘机的动臂、斗杆下放过程通过液控换向阀实现，其和传统的通过电液比例多路控制阀操作实现相比，不需要泵的流量，不消耗发动机功率；做复合动作时，如和铲斗复合，泵的输出流量可以全部供给铲斗液压缸，这样可以大大提高工作效率，减少燃油消耗，达到节能的效果。
3. 和现有通过电液比例多路控制阀阀芯实现流量再生相比，本发明较佳实施例通过在电液比例多路控制阀之外增设液控换向阀的方式实现流量再生，且液控换向阀的控制油源大小可控，更容易根据负载的情况控制再生流量的多少。
4. 由于考虑到工程机械例如挖掘机的工作姿态和工况变化大，不是所有动臂、斗杆的下放过程势能都能利用，因此增加压力继电器可以智能判断，不能利用则快速响应通过泵输出能量实现操作者的意图。
此外，需要说明的是，上述实施例是以压力继电器109作为压力感测装置来感测液压缸108的无杆腔108b内的压力状态并将感测结果回传给控制装置，但本发明并不以此为限，在其他实施例中压力继电器109也可以替换成压力传感器，只要其能实现压力感测的功能并将感测结果反馈至控制器102即可。
另外，上述实施例提出的节能系统100是采用电控方式，但本发明并不以此为限，在其他实施例中也可以采用液控方式。具体可为：控制装置中的电手柄101由液压先导手柄替换且液压先导手柄连接在先导油泵103与电磁换向阀105之间，而控制装置中的控制器102则与电磁换向阀105及压力继电器109电连接。此外，液压泵112及电液比例多路控制阀111均做相应变换以接受液压先导手柄的控制；先导油泵103提供的控制油源通过液压先导手柄时调整为具有特定压力的控制油源并通过电磁换向阀105后到达液控换向阀106的液控口K以开启液控换向阀106。另外，液压先导手柄还可提供控制油源至液压泵112以改变其排量以及开启电液比例多路控制阀110。在此情形下，电液比例减压阀104则可省略。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (13)

1.一种液压系统，包括油箱及液压缸，其特征在于：该液压系统还包括液控换向阀、控制装置、控制油源提供装置以及压力感测装置，该液控换向阀的第一工作油口连接该液压缸的无杆腔，该液控换向阀的第二工作油口连接该液压缸的有杆腔，该液控换向阀的回油口连接该油箱，该压力感测装置感测该液压缸的无杆腔内压力并将感测结果传送至该控制装置，该控制装置根据感测结果判断该液压缸的无杆腔内压力是否大于预设值，当该液压缸的无杆腔内压力大于预设值时，该控制装置控制该控制油源提供装置提供控制油源以开启该液控换向阀，使该液控换向阀的第一工作油口与第二工作油口连通，该液压缸的无杆腔内的部分油液对该液压缸的有杆腔进行补油。
2.如权利要求1所述的液压系统，其特征在于：该液控换向阀的回油口通过单向阀与油箱连接，该液控换向阀开启时，该液控换向阀的第一工作油口还与回油口连通，该液压缸的无杆腔内的另一部分油液通过该单向阀回流至油箱。
3.如权利要求1所述的液压系统，其特征在于：该控制油源提供装置包括先导油泵、电液比例减压阀以及电磁换向阀，该电液比例减压阀和该电磁换向阀均与该控制装置电连接，该先导油泵提供控制油源，该控制油源的压力经该电液比例减压阀调整后通过该电磁换向阀输出以开启该液控换向阀。
4.如权利要求3所述的液压系统，其特征在于：该控制装置包括电手柄以及控制器，该压力感测装置、该电液比例减压阀、该电磁换向阀以及该电手柄均电连接至该控制器；该控制器根据该电手柄输入的信号控制该电液比例减压阀对控制油源进行压力调整，借此控制该液控换向阀的节流孔开度大小。
5.如权利要求1所述的液压系统，其特征在于：该压力感测装置为压力继电器。
6.如权利要求1所述的液压系统，其特征在于：该压力感测装置为压力传感器。
7.如权利要求1所述的液压系统，其特征在于：该控制装置包括液压先导手柄及控制器，该控制油源提供装置包括先导油泵以及电磁换向阀；该电磁换向阀及该压力感测装置均电连接该控制器，该液压先导手柄连接在该先导油泵与该电磁换向阀之间，该先导油泵提供的控制油源通过该液压先导手柄调整后通过该电磁换向阀输出以开启该液控换向阀。
8.如权利要求1所述的液压系统，其特征在于：该液压系统还包括液压泵以及电液比例多路控制阀，该液压泵的入口和出口分别与该油箱和该电液比例多路控制阀的进油口连接，该液压缸的无杆腔、该液压缸的有杆腔以及该油箱分别与该电液比例多路控制阀的第一工作油口、第二工作油口及回油口连接；当该控制装置判断该液压缸的无杆腔内压力不大于该预设值时，液控换向阀不开启，该控制装置控制该液压泵改变排量并开启该电液比例多路控制阀以利用该液压泵的输出动力驱动该液压缸。
9.如权利要求1所述的液压系统，其特征在于：该液控换向阀为二位三通阀，当该液控换向阀的液控口接受该控制油源的控制使该液控换向阀的阀芯换位而开启后，该第一工作油口经由该液控换向阀内的节流孔与该第二工作油口及该回油口均相连通。
10.一种挖掘机，其特征在于：包括如权利要求1至9任意一项所述的液压系统。
11.一种液压系统的控制方法，该液压系统包括油箱及液压缸，其特征在于：该液压系统的控制方法包括步骤：
提供液控换向阀，将该液控换向阀的第一工作油口连接该液压缸的无杆腔，将该液控换向阀的第二工作油口连接该液压缸的有杆腔，将该液控换向阀的回油口连接该油箱；
感测该液压缸的无杆腔内压力；以及
判断该液压缸的无杆腔内压力是否大于预设值，当该液压缸的无杆腔内压力大于预设值时，提供控制油源至该液控换向阀的液控口以开启该液控换向阀，使该液控换向阀的第一工作油口与第二工作油口连通，该液压缸的无杆腔内的部分油液对该液压缸的有杆腔进行补油。
12.如权利要求11所述的液压系统的控制方法，其特征在于：该液压系统还包括液压泵以及电液比例多路控制阀，该液压泵的入口和出口分别与该油箱和该电液比例多路控制阀的进油口连接，该液压缸的无杆腔、该液压缸的有杆腔以及该油箱分别与该电液比例多路控制阀的第一工作油口、第二工作油口及回油口连接；该液压系统的控制方法还包括步骤：
当该液压缸的无杆腔内压力不大于该预设值时，液控换向阀不开启，改变该液压泵的排量并开启该电液比例多路控制阀以利用该液压泵的输出动力驱动该液压缸。
13.如权利要求11所述的液压系统的控制方法，其特征在于：提供控制油源提供装置，调节提供至该液控换向阀的控制油源的压力，进而控制该液控换向阀的节流孔开度大小及液压缸的无杆腔内的油液对液压缸的有杆腔内的补油量的多少。
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